淺析礦井開采煤炭自燃發火產生的原因及對策

趙軍

摘 要:煤礦井下自然發火是煤礦開采的一個主要災害,要保證煤礦的安全生產,全面了解煤礦井下自然發火產生的原因和條件,積極采取策略,預防自然發火災害是擺在我們當前的一個主要任務。本文從煤礦井下煤自然發火的規律,理論聯系實際,為煤礦開采過程中防滅火提供理論和技術支持,確保煤礦安全生產。

關鍵詞:煤礦自燃發火原因和條件對策

中圖分類號:TD752 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0071-01

煤礦井下自然發火是煤礦開采的一個主要災害,我國煤礦發生的火災中,自燃發火約占礦井火災的七成以上。要保證煤礦的安全生產,全面了解煤礦井下自然發火產生的條件,積極采取策略,預防自然發火災害是擺在我們當前的一個主要任務。

1煤礦井下自然發火產生的原因和條件

在煤礦開采過程中,隨著開采深度的增加,煤炭自身的溫度逐漸提高,水份逐漸減少,礦壓逐漸增大,瓦斯的涌出量不斷增大,風量和風流變化較大。采煤的工藝水平由原先的分層式開采到放頂式開采,這就需要加大通風量,風量的增大,加快了浮煤的氧化速度與氧化程度,為煤層的自燃發火提供了條件。

煤炭自燃發火前的預兆:煤溫、氣溫連續上升,風流中伴有煤油、松節油味;空氣相對濕度增加。巷道出現霧氣,支架、煤壁頂板上有水珠;空氣中一氧化碳和二氧化碳,其相對含量連續上升。流經自燃地點的空氣含量減少。

具體分析,首先煤炭自身的特性,有一定自燃傾向性,受壓破碎且堆積至一定厚度時,煤與氧氣的結合能力強,氧化放熱量較大,氧化過程進展較快,容易發生自燃。

其次,含氧量較高的風流持續穩定的流經破碎的煤體時,煤的氧化自燃過程才能夠不斷地發展下去,才有可能最終發生煤自燃現象。流經煤體風流的含氧量對煤自燃的成長過程有主要的影響,一般分為以下幾種情形:

(1)風流中的氧氣濃度小于5%時,因氧氣量不足,煤炭自燃現象不會輕易發生。

(2)風流中的氧氣濃度大于5%而小于15%時,若積聚一定的熱量,煤將可能由遲緩氧化慢慢發展到自燃。

(3)風流中的氧氣濃度大于15%時,因為漏風嚴重,煤氧化發生的熱量往往較難蓄積,較難發生煤自燃。而且,只有在通風供氧前提持續且不變的情形下,煤氧化自燃的過程才能夠持續進行并最終可能造成煤自燃災難,短時間非持續的通風供氧前提下,不會引起煤自燃。

再次,煤氧化產生的熱量能否積聚也是煤自燃的前提,風流速度影響著熱量的積聚,若風速過小,供氧量不足,煤不易氧化自燃;若風速過大,熱量不易積聚,煤氧化升溫過程難以持續穩定地發展下去,同樣不易發生自燃。一般認為風速為0.1～0.24m/min時,煤最輕易發生自燃。相關學者還從漏風量角度對煤的氧化蓄熱情形進行了剖析,認為漏風量持續為0.4～0.8m/min時易導致自然發火。

最后,煤自燃是煤氧化放熱過程持續一定時間之后的結果,所以持續一定的時間也是煤自燃的前提。

煤自燃受多種因素的共同影響的結果,具有必然性與偶然性。對于煤礦井下來說,采空區、停采線、進風巷道、回風巷道和通風設施等地點附近,自然發火頻率相對較大。在煤礦日常防滅火工作中,應加強對這些地點的有效監控,做到及時發現險情,及時處理,把事故隱患消滅在萌芽狀態,保證井下采煤的安全。

2預防煤礦井下自然發火的對策

煤礦井下自燃有它的規律和產生的條件,要想預防自然發火,我們就要破壞它的規律,消除自然發火的條件,這其中就有巷道的合理布置;煤炭開采順序的調整,減少礦井下氧氣含量,通風系統的合理設置,均壓、漏風檢測與堵漏防熱技術等。

(1)采取合理有效的開采方法,正確布置巷道,對煤層發生自燃發火有一定的控制,從源頭治理,煤礦從開采設計到煤礦開采的施工管理,都要認真研究煤層發生自燃發火這一課題,在保證煤礦生產的同時要兼顧防止煤炭自然發火,要考慮對巷道進行合理的布置。

(2)提高煤礦的回采率,加快回采的推進速度,可以提高煤炭的開采產量,減少煤炭的堆積量,同時降低煤體水分的散失,煤炭在氧化帶內停留的時間短,煤炭自然發火之前就進入窒息帶,就不會發生自燃發火,這樣能夠有效防治煤礦井下自然發火。

(3)煤礦礦井中泥漿的濃度濕度對防滅火有一定的效果,泥漿濃度越高,對防火滅火的效果越好,同時要及時更換更新注漿系統,確保井下的自然發火防治措施落實到位。

(4)降低礦井下氧氣含量,可以有效抑制煤炭等可燃物的隱燃和復燃。可以向礦井采空區持續注入氮氣,并使注入的氮氣滲透到采空區、冒落區、裂隙帶等非作業地區,形成保護罩,切除煤自燃氧氣的供給。

(5)利用注射高壓水,煤體吸收了大量的水分之后,煤質會變軟變酥,增加了煤炭的可放性,避免了存放煤炭時產生的大量煤塵,在一定程度上消除了煤塵自燃現象。

(6)利用紅外線探測技術應用于防滅火工作中,通過測定場強的變化,及早探測到自燃的隱患地點,有利于及時采取措施進行預防,為煤礦生產提供了安全保障。

原有的探測方法(包括氣體監測)都是在煤體吸氧自熱出現自燃隱患以后才有效,在此之前無法探測到自燃隱患。一旦發現有害氣體(CO),煤體已經處于自熱化學反應的階段,很快就可能造成煤層自燃發火,在時間上給防止自燃發火工作帶來了難度。紅外線探測是一項早期預測預報的技術,尤其是在煤體吸氧活化階段就可以探測到隱患地點。

礦井火災是一大突出災害,尤其是近幾年,重大火災事故還時有發生,給煤炭企業帶來難以估量的負面影響,特別是有損于煤炭行業的社會形象,也嚴重制約著煤炭企業的經濟效益。煤礦自然發火是煤礦安全生產的重要隱患,只要煤礦企業堅持“以防為主,防滅結合”的基本原則,把各項措施都落實到位,把安全施工管理放在首位,就能夠切實有效地預防煤層自然發火。